2021-2022年上海交通大学附属中学高二（上）期末（等级考）物理试题含解析

上海交通大学附属中学2021-2022学年度第一学期

高二物理期末（等级考）试卷

一、单项选择题（共12小题，40分，1-8每题3分，9-12每题4分）

1. 恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是（　　）

A. 气泡内的气体对外界做功

B. 气泡内的气体内能增加

C. 气泡内的气体与外界没有热传递

D. 气泡内气体分子的平均动能减小

【答案】A

【解析】

【详解】气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，因此分子平均动能不变，气体的内能不变，根据

可知，气体吸收热量，故A正确，BCD错误。

故选A。

2. 用国际单位制的基本单位表示电压的单位，下列正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】国际单位制中七个基本物理量及单位分别是：质量-千克（kg）、长度-米（m）、时间-秒（s）、电流-安培（A）、热力学温度-开尔文（K）、发光强度-坎德拉（cd）、物质的量-摩尔（mol），由W=qU得1V=1J/C，由W=Fl得，由q=It得，因此有

ACD错误；B正确。

故选B。

3. 四根完全相同的长直导线互相平行，它们的截面处于一个正方形的四个顶点上，导线中通有大小都相等的电流，电流的方向如图所示，O点是正方形对角线交点．每一根通电导线单独在O点产生的磁感应强度大小是B．则O点的磁感应强度大小是（　　）

A. 2B

B. B

C. B

D. 0

【答案】A

【解析】

【详解】根据右手螺旋定则，各电流产生的磁场的方向如图：

1与3导线电流产生磁场都沿左下方，而2与4导线产生磁场都沿右下方，由于各电流产生的磁场的大小都是B，所以合磁场的方向沿角平分线的方向，大小等于；

A.与分析相符，故A正确；

B.与分析不符，故B错误；

C.与分析不符，故C错误；

D.与分析不符，故D错误．

4. 如图，关于闭合电路，下列说法正确的是（　　）

A. 电荷在电源外部受静电力作用而运动，在电源内部受非静电力作用而运动

B. 图中a、b两薄层之间所夹的区域是非静电力做功的区域

C. 非静电力在单位时间内做功越多，该电源的电动势越大

D. 从电源内部测量的铜、锌极板之间的电压称为外电压

【答案】D

【解析】

【详解】A．电荷在电源外部受静电力作用而运动，在电源内部受非静电力和静电力合力作用而运动。故A错误；

B．电源在其内部的a、b两个区域依靠非静电力做功，将其他形式的能转化为电能，在中间r区域仍然是静电力做功。故B错误；

C．非静电力把单位正电荷从负极移送到正极做功越多，该电源的电动势越大。故C错误；

D．从电源内部测量的铜、锌极板之间的电压称为外电压。故D正确。

故选D。

5. 图示的仪器叫做库仑扭秤，是法国科学家库仑精心设计的，他用此装置找到了电荷间相互作用的规律，总结出库仑定律．下列说法中正确的是

A. 装置中A、C为带电金属球，B为不带电的平衡小球

B. 实验过程中一定要使A、B球带等量同种电荷

C. 库仑通过该实验计算出静电力常量k 的值

D. 库仑通过该实验测量出电荷间相互作用力的大小

【答案】A

【解析】

【详解】A项：根据库仑扭秤实验装置可知，在细金属丝下面悬挂一根玻璃棒，棒的一端有一带电金属小球A，另一端有一个平衡小球B，在离A球某一距离的地方放一个带电金属小球C，故A正确；

B项：本实验当金属比弹力的力矩与静电力的力矩平衡时，从旋钮转过的角度可以比较力的大小，改变A和C之间的距离得出规律，但不一定要电性相同，故B错误；

C、D项：由于在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体所带电荷量，连单位都没有，所以C、D错误．

6. 如图所示，一根长导线弯曲成“n”形，通以直流电I，正中间用绝缘线悬挂一金属环C，环与导线处于同一竖直平面内．在电流I增大的过程中，下列判断正确的是（　　）

A. 金属环中无感应电流产生

B. 金属环中有顺时针方向的感应电流

C. 悬挂金属环C的竖直线的拉力大于环的重力

D. 悬挂金属环C的竖直线的拉力小于环的重力

【答案】C

【解析】

【详解】A、B、根据安培定则知，弯曲成“п”导线中电流的磁场方向为：垂直纸面向里，且大小增加.由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针；故A，B均错误.

C、D、根据左手定则可知，安培力的方向指向圆心，由于弯曲成是“п”导线，所以金属环下边圆弧受到的安培吸引力小于上边圆弧受到的安培排斥力，总的安培力向下，因此导致挂环的拉力增大，但环仍处于静止状态，故C正确，D错误.

故选C.

7. 图中a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a点静止释放，沿电场线向上运动，到b点恰好速度为零，下列说法中正确的是（　　）

A. 带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小

B. a点的电势比b点的电势低

C. 带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向下的

D. a点的电场强度比b点的电场强度大

【答案】D

【解析】

【详解】A．由题意可知，带电质点受两个力，向下的重力和向上的电场力，电场力做正功，电势能降低，所以带电质点在a点的电势能比在b点的电势能大，故A错误；

B．沿电场线的方向电势逐渐降低，所以a的电势比点b的电势高，故B错误；

C．质点开始由静止向上运动，电场力大于重力，且方向向上，因为在一根电场线上，所以在两点的电场力方向都竖直向上，故C错误；

D．在a点，电场力大于重力，到b点恰好速度为零，可知带电质点先加速后减速，所以b点所受的电场力小于重力，a点的电场强度比b点的电场强度大，故D正确。

故选D。

8. 如图所示，系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带动。现有质量为、额定功率为的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升，经过到达高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为，若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉力，则（　　）

A. 空气对无人机的作用力始终大于或等于

B. 直流电源对无人机供电的额定电流为

C. 无人机上升过程中消耗的平均功率为

D. 无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功

【答案】BD

【解析】

【详解】A．无人机先向上加速后减速，最后悬停，则空气对无人机的作用力先大于200N后小于200N，最后等于200N，选项A错误；

B．直流电源对无人机供电的额定电流

选项B正确；

C．无人机的重力为

F=mg=200N

则无人机上升过程中克服重力做功消耗的平均功率

但是由于空气阻力的作用，故对无人机向上的作用力不等于重力，则无人机上升过程中消耗的平均功率大于100W，则选项C错误；

D．无人机上升及悬停时，螺旋桨会使周围空气产生流动，则会有部分功率用于对空气做功，选项D正确。

故选BD。

9. 如图所示，由粗细均匀的金属导线围成的一个边长为L的正方形线框abcd，线框的四个顶点均位于一个圆形区域的边界上，ac为圆形区域的一条直径，ac上方和下方分别存在大小均为B且方向相反的匀强磁场。现给线框接入从a点流入，d点流出的大小为I的恒定电流，则金属线框受到的安培力F的大小为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】由电阻定律可知，abcd之路与ad之路电阻之比为3：1，两部分电路并联，总电流为I，由并联电路特点可知，流过上边支路abcd的电流为 ，流过下边支路的电流为，ab、bc、cd边受到的安培力大小都是，ad边受到的安培力大小为，由左手定则可知，ad边安培力方向竖直向上，ab边安培力方向水平向右， bc边安培力方向竖直向下，cd边安培力方向水平向右， ab与cd边所受安培力的合力大小为，方向：水平向右， bc与ad边所受安培力大小为，方向：竖直向上，则线框所受安培力大小

故选A。

10. 如图所示，R1为定值电阻，R2为最大阻值为2R1的可变电阻。E为电源电动势，r为电源内阻，大小为r=R1。当R2的滑片P从a滑向b的过程中，下列说法不正确的是（　　）

A. 电阻R2的功率先增大后减小

B. 电源的输出功率先增大后减小

C. 电压表示数和电流表示数之比逐渐增大

D. 电压表示数的变化量和电流表示数的变化量之比保持不变

【答案】B

【解析】

【详解】A．将R1看成电源的内阻，则新电源的内阻为，开关闭合后，当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动过程中，接入电路的电阻渐渐增大，根据外电阻等于内电阻时，电源消耗的功率达到最大，则电源消耗的功率先增大后减小，那么电阻R2的功率先增大后减小，故A正确；

B．同理，只有当电源内阻R1在R1与R2并联的电阻阻值之间时，才会出现电源的输出功率先增大后减小，而R1与R2并联的电阻最大阻值为，因此不在此范围之内，故B错误；

C．将R1看成电源的内阻时，则电压表示数和电流表示数之比，即为滑动变阻器的阻值，随着R2的滑片P从a滑向b的过程中，比值在增大，故C正确；

D．当将R1看成电源的内阻，对于新电源来说，电压表示数的变化量和电流表示数的变化量之比，即为新电源的内阻，则比值不变，故D正确。

由于本题选择错误的，故选B。

11. 如图所示，区域Ⅰ、Ⅲ均为匀强磁场，磁感强度大小都为B=5T，方向如图。两磁场中间有宽为S=0.1m的无磁场区Ⅱ。有一边长为L=0.3m、电阻为R=10Ω的正方形金属框abcd置于区域Ⅰ，ab边与磁场边界平行。现拉着金属框以v=2m/s的速度向右匀速移动，从区域Ⅰ完全进入区域Ⅲ，则此过程中下列说法正确的是（　　）

A. 金属框中的最大电流为0.3A

B. 金属框受到的最大拉力为0.9N

C. 拉力的最大功率为3.6W

D. 拉力做的总功为0.18J

【答案】C

【解析】

【详解】A．线框两边分别在Ⅰ、Ⅲ时感应电动势最大，根据法拉第电磁感应定律有

E=2BLv=2×5×0.3×2 V =6V

则最大感应电流为

故A错误；

B．线框两边分别在Ⅰ、Ⅲ时线框受到的安培力最大，则有

F安=2BIL=2×5×0.6×0.3N =1.8N

线框匀速运动，处于平衡状态，由平衡条件得

F=F安=1.8N

故B错误；

C．拉力的最大功率

P=Fv=1.8×2W=3.6W

故C正确；

D．拉力的功有

代入数据解得W= 0.54J，故D错误

故选C。

12. 央视《是真的吗》节目做了如下实验：用裸露的铜导线绕制成一根无限长螺旋管，将螺旋管放在水平桌面上，用一节干电池和两磁铁制成一个“小车”，两磁铁的同名磁极粘在电池的正、负两极上，只要将这辆小车推入螺旋管中，小车就会加速运动起来，如图所示。关于小车的运动，以下说法正确的是（　　）

A. 该小车能前进利用了电磁感应原理

B. 图中小车加速度方向向左

C. 将小车上某一磁铁改为S极与电池粘连，小车仍能加速运动

D. 将小车上两磁铁均改为S极与电池粘连，小车的加速度方向不变

【答案】B

【解析】

【详解】AB．两磁极间的磁感线如图甲所示

干电池与磁体及中间部分线圈组成了闭合回路，在两磁极间的线圈中产生电流，左端磁极的左侧线圈和右端磁极的右侧线圈中没有电流。其中线圈中电流方向的左视图如图乙所示，由左手定则可知中间线圈所受的安培力向右，根据牛顿第三定律有“小车”向左加速，显然该小车能前进不是利用电磁感应原理，故A错误，B正确。

C．如果改变某一磁铁S极与电源粘连，则磁感线不会向外发散，两部分受到方向相反的力，合力为零，不能加速运动，故C错误。

D．将小车上两磁铁均改为S极与电池粘连，磁感线会向里聚集，小车受力方向将向右，车的加速度方向将变为向右，故D错误。

故选B

二．填空题（共5小题，20分，每题4分）

13. 我们定义了电场强度来描述空间中电场的强弱，根据类比的思想，请写出描述空间中磁场强弱的相应物理量的定义式：______（只写字母表达式）。实验室中测量该物理量所用的传感器为______。

【答案】    ①. （B ⊥I）    ②. 磁传感器

【解析】

【详解】[1]电场的强弱是将一个检验电荷置于电场中，通过检验电荷所受电场力与检验电荷电量的比值来检测的，根据类比的思想，利用磁场对电流有作用力，我们将一无限短的电流（将其电流大小与长度的乘积称为电流元）垂直放入磁场，通过其所受磁场力与电流元的比值来检测磁场的强弱，故填“”。

[2]实验室中测量磁场强弱所用的传感器为磁传感器。

14. 如图甲为某一小灯泡的U－I图线，现将该小灯泡与一个9Ω的定值电阻R串联，接在电动势为5V、内阻为1Ω的电源两端，电路如图乙所示．闭合电键后通过小灯泡的电流强度为________ A，此时小灯泡的电功率为________W．

【答案】    ①. 0.3    ②. 0.6

【解析】

【详解】设灯泡两端电压为U，流过灯的电流为I，由闭合电路欧姆定律得：，则灯泡两端电压与灯泡中电流的关系满足

在小灯泡的U－I图线中画出的函数图象如图：

两图线的交点表示灯泡的工作电压与电流，则闭合电键后通过小灯泡的电流强度为，灯泡两端电压为，此时小灯泡的电功率

【点睛】根据闭合电路欧姆定律得出灯泡两端电压与电流关系的表达式，在灯泡的U－I图线中画出表达式对应的图线，表达式图线与灯泡的U－I图线交点表示灯泡在相应电路中的工作电压和电流．

15. 边长为L=1m、总电阻为R=2Ω的10匝正方形线圈，以速度v=2m/s匀速进入磁感应强度为B=2T的有界匀强磁场。线圈运动方向与磁场边界成θ=45°角，如图所示。当线圈中心经过磁场边界时，穿过线圈的磁通量Φ=______Wb；线圈所受安培力F=______N。

【答案】    ①. 1    ②.

【解析】

【详解】[1]根据磁通量计算公式，穿过线圈的磁通量

[2]根据法拉第电磁感应定律，感应电动势

则感应电流

由图可知受安培力的导线的有效长度

线圈所受安培力

16. 如图所示，在光滑小滑轮C正下方相距h的A处固定一电量为Q的点电荷，电量为q的带电小球B，用绝缘细线拴着，细线跨过定滑轮，另一端用适当大小的力拉住，使小球处于静止状态，这时小球与A点的距离为R，细线CB与AB垂直，（静电力恒量为k，环境可视为真空），则小球所受的重力的大小为______；缓慢拉动细线（始终保持小球平衡）直到小球刚到滑轮的正下方过程中，拉力所做的功为______。

【答案】    ①.     ②.

【解析】

【详解】[1]对小球，在B点时，受力分析如图

有

由几何关系得

联立解得

[2]对小球一定过程中，受力如图所示

根据几何关系得，当小球移动时，由于，不变，则变、长度不变，最终小球停在点上方距离为的处，如图

则全过程库仑力不做功，全过程由动能定理得

解得

又

解得

17. 为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管口地从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压为U。则M板和N板的电势_____（选填“>”、“=”、“<”）。若用Q表示污水流量（单位时间内流出的污水体积），则Q与U的关系式为______。

【答案】    ①. >    ②.

【解析】

【详解】[1]根据左手定则，可知若载流子带正电，则受到向上的洛伦兹力，向M板偏转，若载流子带负电，则向N板偏转，故M板的电势始终高于N板，即

与载流子的电性无关。

[2]最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有

解得

则流量为

三．综合题（共3小题，40分，18题14分，19题10分，20题16分）

18. 如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向，其中L1为原线圈，L2为副线圈，电表G为检流计。

（1）在给出的实物图中，将实验仪器连成完整的实验电路______；

（2在实验过程中，为研究感应电流的方向，首先应查清______的关系，还应查清L1和L2的绕制方向。闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P处于______端（选填“最左”或“最右”）。

【答案】    ①.     ②. 流入检流计电流方向与指针偏转方向之间    ③. 右

【解析】

【详解】(1)[1]由于L1为原线圈，L2为副线圈，则L1接在含电源的电路中，L2与电表串联。如图

(2)[2]在实验过程中，除了查清流入检流计电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清L1和L2的绕制方向，这样才能知道产生的感应电流的磁场和原磁场的方向关系，从而总结产生的感应电流的规律。

(3)[3]闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P处于右端，先从电路中电流最小开始。

19. 某同学自制了一个“土豆电池”，并通过查阅资料知道这种电池的电动势约为1V，内阻约为1kΩ～2kΩ。为精确测定该电池的电动势和内阻，除导线和开关外，实验室还提供以下器材：

A．电流传感器（量程±2A，最小精度0.01A）

B．电压传感器（量程±20V，最小精度0.01V）

C．滑动变阻器（0~50Ω）

D．电阻箱（0～9999Ω）

（1）该同学可选择______和______进行实验；

（2）测量获得多组数据后，可作______图像，得到一线性图线，通过图线测得电动势和内阻。

（3）通过测量得到这个“土豆电池”的电动势为0.96V，内阻为1.28kΩ。之后他将四个同样的“土豆电池”串联起来，给一个规格为“3V，0.5A”的小灯泡供电，但灯泡并不发光。检查灯泡、线路均无故障。你认为出现这种现象的原因是：______。

【答案】    ①. B    ②. D    ③.     ④. 见解析

【解析】

【详解】（1）[1][2]由题意可知电池的电动势约为1V，内阻约为1kΩ～2kΩ，回路中最大电流约为

可知电流传感器量程过大，不利于读数，故不能选，因此选用电压传感器B，因为电源内阻约为1kΩ～2kΩ，所以应选用电阻箱D，利用“伏—阻法”原理来测电源电动势及内阻。

（2）[3]测电动势和内阻采用“伏—阻法”，根据闭合电路欧姆定律有

变形得

所以应作图像，得到一线性图线，通过图线测得电动势和内阻进行研究。

（4）[4]不发光的原因是：土豆电池的内阻太大，产生的电流远小于小灯泡的额定电流，所以

产生的电流远小于小灯泡的额定电流0.5A，所以无法让小灯泡发光。

20. 在水平向右的匀强电场中，有一绝缘直杆固定在竖直平面内，杆与水平方向夹角为53°，杆上A、B两点间距为L，将一质量为m、电量为q的带负电小球套在杆上，从A点静止释放后沿杆运动，已知匀强电场的场强大小为，直杆与小球间的动摩擦因数μ，求：

（1）小球从A点运动到B点所用的时间；

（2）从A点运动到B点过程中，小球电势能的变化量。（sin53°=0.8，重力加速度为g）

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）小球带负电，且，受力如图所示

则垂直斜面方向有

故小球不受支持力和摩擦力作用，其受力分析如图所示

沿杆方向，根据牛顿第二定律有

解得

根据位移时间公式有

解得

（2）从A点运动到B点过程中，电场力做正功，电势能减少，则有

故小球电势能的变化量为

21. 如图，倾斜固定放置的“Π”形光滑金属导轨，位于与水平面成θ角的平面内，导轨宽为L，电阻不计。宽度均为d的矩形有界匀强磁场Ⅰ、Ⅱ方向垂直导轨平面向下，磁感应强度大小均为B，两磁场间的距离也为d。质量为m、电阻为R的金属杆ab平行于导轨顶部，从距离磁场Ⅰ上边缘h处由静止释放。已知金属杆进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，且始终与导轨接触良好，重力加速度为g。

（1）求金属杆刚进入磁场Ⅰ时的速度v大小；

（2）定性分析金属杆穿过两磁场的过程中能量是如何变化的；

（3）分析并说明金属杆释放处与磁场Ⅰ上边缘的距离h需满足的条件；

【答案】（1）；（2）见解析；（3）

【解析】

【详解】（1）金属杆进入磁场前作初速为零匀加速直线运动，根据牛顿第二定律加速度

根据运动学公式

解得

（2）金属杆穿过两磁场的过程中，重力势能减少，动能减少，机械能减少；减少的机械能转化为电路中的电能；电能再转化为内能。

（3）设杆进入磁场Ⅰ时的速度为v1，离开磁场Ⅰ时的速度为v2，进入磁场Ⅱ时的速度为v3，因为杆在两磁场区域间作匀加速直线运动，所以

题目已知：金属杆进入磁场Ⅰ和磁场Ⅱ时的速度相等，即

可得

根据运动学公式

则杆在磁场Ⅰ内必有作减速运动（可能匀速收尾）的过程，所以杆出磁场Ⅰ时

联立可得h需满足条件